一种并联型电解铝混合整流电源及其负载电流控制方法与流程

本发明属于电力，具体涉及一种并联型电解铝混合整流电源及其负载电流控制方法。

背景技术：

1、电解铝的传统生产是通过在电解槽中通过电流，将氧化铝溶解在熔融的冰晶石中并分解成铝和氧。这个过程需要在大约950摄氏度的高温下进行，且耗费大量电能。传统上，这些电能来自燃煤、燃气或水力发电站，这意味着电解铝生产过程可能会产生大量的温室气体排放，特别是在依赖化石燃料的地区。

2、随着可再生能源技术的发展，如风能、太阳能等，将这些新能源应用于电解铝生产逐渐成为可能。利用新能源可以显著减少电解铝生产过程中的碳排放，对于实现全球碳减排目标具有重要意义。然而，由于可再生能源的间歇性和不稳定性，如何有效地将这些新能源集成到电解铝生产过程中，成为一个技术挑战。

3、电解铝生产过程中的关键设备是整流电源。整流电源将交流电转换为直流电，为电解槽提供稳定的电流。传统的整流电源主要是基于硅基功率半导体技术，如晶闸管(scr)。然而，这些传统技术在效率和调节范围方面存在局限，特别是在适应新能源供电时。

4、为了适应新能源和提高能源利用效率，电解铝整流电源的技术也在不断发展。新型整流技术，如基于igbt(绝缘栅双极晶体管)的整流器，提供了更高的效率和更好的调节能力。这些技术能够更好地适应电网质量波动和可再生能源的间歇性，有助于提高整个电解铝生产过程的能源效率和稳定性。

5、然而在大功率电解铝应用场合，采用传统igbt整流器存在价格高昂的劣势，而采用不同类型变换器并联运行结构的混合整流电源可以有效弥补传统igbt整流器的不足。

技术实现思路

1、针对现有技术中的上述不足，本发明提供的并联型电解铝混合整流电源及其负载电流控制方法解决了现有的在大功率电解铝应用场合下，传统整流器存在的价格高、效率低及稳定性不足的问题。

2、为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：一种并联型电解铝混合整流电源，包括变压器、二极管整流器、主dc-dc变换器、辅dc-dc变换器和平波电抗器；

3、所述变压器的输入端与三相交流电压连接，其输出端分别通过一个二极管整流器与主dc-dc变换器的输入端和辅dc-dc变换器的输入端连接，所述主dc-dc变换器的输出端通过平波电抗器与辅dc-dc变换器的输出端连接，并与电解铝负载连接。

4、进一步地，所述变压器采用y-y型连接方式，实现三交流电压等级的变换。

5、进一步地，所述主dc-dc变换器包括依次连接的lc1滤波器和交错并联型boost变换器；

6、所述交错并联型boost变换器的输出端通过滤波电容与平波电抗器连接。

7、进一步地，所述辅dc-dc变换器包括依次连接的lc2滤波器和移相全桥变换器。

8、一种并联型电解铝混合整流电源的负载电流控制方法，所述负载电流控制方法为：

9、通过电压电流双闭环控制方法对主dc-dc变换器进行控制，使其输出电压恒定；

10、通过单电流环控制方法对辅dc-dc变换器进行控制，使其输出用于补偿主dc-dc变换器输出电流中波纹分量的输出电流；

11、将主dc-dc变换器的输出电流与辅dc-dc变换器的输出电流进行组合，获得输入至电解铝负载的电流。

12、进一步地，通过电压电流双闭环控制方法对主dc-dc变换器进行控制的方法具体为：

13、采样主dc-dc变换器输出电压实际值与主dc-dc变换器输出电压参考值形成电压外环；

14、将电压外环产生的电流误差信号与主dc-dc变换器输入电流实际值形成电流内环；

15、基于电压外环和电流内环，将双闭环控制产生的调制信号经过pwm模块后生成驱动信号；

16、根据生成的驱动信号，对主dc-dc变换器中交错并联型boost变换器的开关管的开通与关断进行控制。

17、进一步地，通过单电流环控制方法对辅dc-dc变换器进行控制的方法具体为：

18、检测主dc-dc变换器输出电流中的纹波分量，并与辅dc-dc变换器输出电流形成电流闭环；

19、将电流闭环产生的调制信号经过pwm模块调制后生成驱动信号；

20、根据生成的驱动信号控制，控制辅dc-dc变换器中移相全桥变换器的开关管的导通与关断，进而控制辅dc-dc变换器的输出电流与主dc-dc变换器输出电流中的纹波分量相等。

21、进一步地，控制辅dc-dc变换器的输出电流的方法具体为：

22、采样辅dc-dc变换器的输出电流，计算其与主dc-dc变换器输出电流中纹波分量之间的误差，将误差信号输入至比例-积分控制器中进而调节辅dc-dc变换器的输出电流。

23、进一步地，对主dc-dc变换器进行控制还包括电压前馈控制，用于补偿主dc-dc变换器输出直流电压的变化对混合整流电源的性能影响。

24、本发明的有益效果为：

25、(1)本发明通过结合主dc-dc变换器和辅dc-dc变换器，主变换器处理大部分功率流动，而辅助变换器负责优化和微调，可以有效提高电流质量和稳定性，显著提高整体能源效率，这对于电解铝生产过程中铝的质量至关重要。

26、(2)本发明中的负载电流控制策略，特别是结合电压前馈控制和电流环反馈控制，能够显著提高系统对负载变化的动态响应。这意味着在负载需求快速变化时，整流电源能够更快速地调整输出，保持电流的稳定性。

27、(3)本发明通过并联型设计，该系统在一个模块发生故障时仍能维持运行，减少了单点故障的风险，提高了整体系统的可靠性和稳定性。

28、(4)在大功率应用中，传统的igbt整流器成本较高，而本发明采用混合整流电源的设计，可以在保持高性能的同时降低成本，提供更高的成本效益。

29、(5)该发明考虑到了与新能源(如风能、太阳能)供电的兼容性，能够更好地适应新能源的间歇性和不稳定性。这对于减少电解铝生产的碳足迹和促进可持续发展至关重要。

技术特征：

1.一种并联型电解铝混合整流电源，其特征在于，包括变压器、二极管整流器、主dc-dc变换器、辅dc-dc变换器和平波电抗器；

2.根据权利要求1所述的并联型电解铝混合整流电源，其特征在于，所述变压器采用y-y型连接方式，实现三交流电压等级的变换。

3.根据权利要求1所述的并联型电解铝混合整流电源，其特征在于，所述主dc-dc变换器包括依次连接的lc1滤波器和交错并联型boost变换器；

4.根据权利要求1所述的并联型电解铝混合整流电源，其特征在于，所述辅dc-dc变换器包括依次连接的lc2滤波器和移相全桥变换器。

5.一种基于权利要求1～4任一项权利要求所述的并联型电解铝混合整流电源的负载电流控制方法，其特征在于，所述负载电流控制方法为：

6.根据权利要求5所述的负载电流控制方法，其特征在于，通过电压电流双闭环控制方法对主dc-dc变换器进行控制的方法具体为：

7.根据权利要求5所述的负载电流控制方法，其特征在于，通过单电流环控制方法对辅dc-dc变换器进行控制的方法具体为：

8.根据权利要求7所述的负载电流控制方法，其特征在于，控制辅dc-dc变换器的输出电流的方法具体为：

9.根据权利要求6所述的负载电流控制方法，其特征在于，对主dc-dc变换器进行控制还包括电压前馈控制，用于补偿主dc-dc变换器输出直流电压的变化对混合整流电源的性能影响。

技术总结本发明公开了一种并联型电解铝混合整流电源及其负载电流控制方法，采用主DC‑DC变换器与辅DC‑DC变换器并联运行的结构，主DC‑DC变换器包含交错并联型Boost变换器，不仅增强了变换器的容量，还提升了能效和稳定性，辅DC‑DC变换器则包含移相全桥变换器，可以有效传输部分功率并提供电气隔离和直流分量注入；在负载电流控制方面，结合比例‑积分控制与前馈控制，增强系统的动态响应和跟踪精度；该发明专利为电解铝行业提供了一种更为先进、高效和环境友好的电源解决方案。技术研发人员：孙利娟,单棋凌,杨才建,程器,何正松受保护的技术使用者：江苏英特利氢能源科技有限公司技术研发日：技术公布日：2024/9/12